Механические датчики давления (перепада давления) прямого измерения

Принцип действия механических датчиков давления (дифференциального давления) основан на использовании давления измеряемой среды для упругой механической деформации эталонного механического органа и использовании результатов упругой деформации для индикации величины давления путем перемещения связанной с рабочим органом стрелки по шкале прибора. Наиболее простыми приборами были пружинные стрелочные манометры (рис. 2), позволяющие использовать жесткость пружины для пропорционального перемещения стрелки по шкале прибора.

Рис. 2. Пружинный датчик давления

Более современные приборы в качестве механически деформируемого рабочего органа используют стальные или титановые мембраны, пружины Бурдона, винтовые пружины, связанные системой механической передачи с поворотной стрелкой, расположенной на круглом циферблате манометра или дифференциального манометра (рис. 3).

Индукционные датчики давления (дифференциального давления)

Рис. 3. Мембранный датчик давления

Недостатком механических датчиков давления была необходимость привязки датчика к месту отбора импульса давления. Так, для отображения информации на щитах управления необходимо было прокладывать импульсные линии от точек отбора к операторской, что не всегда было возможно. Появлялись ограничения как по длине импульсных линий (при большой длине линий возникали погрешности передачи импульсов давления), так и по составу рабочих сред. Ядовитые, радиоактивные и взрывоопасные вещества в импульсных линиях передавать запрещалось. Методы применения разделительных мембран с заполнением импульсных линий нейтральными жидкостями и газами также не позволяли решить все проблемы измерения давления. Кроме того, длинные импульсные линии с обогревом, разделительные мембраны и др. настолько увеличивали стоимость и снижали надежность систем контроля, защит и автоматики, что встал вопрос о принципиальном изменении методов измерения давления и дифференциального давления в технологических установках.

Электроника тех лет (эра ламповой техники) еще не позволяла разработать недорогие электронные устройства измерения. Выходом из ситуации стало создание индукционных датчиков давления и дифференциального давления.

Суть данного метода измерений состоит в следующем. С мембраной, воспринимающей давление среды посредством механических устройств, связан дифференциальный трансформатор, перемещение одной из катушек которого вызывает эквивалентное изменение напряжения на выходе трансформатора. Второй подход был основан на использовании принципа сельсинов, где поворот вала сельсина датчика приводил к эквивалентному повороту вала сельсина приемника. Оба метода позволяли разместить первичный датчик во взрывоопасной или ядовитой зоне, а передачу информации о результатах измерений осуществить при помощи электрических кабелей. Данное решение позволило снять ограничения на дальность размещения датчиков и состав измеряемых сред, а также открыло возможность использования результатов измерения в первых АСУ ТП.

Типичными представителями датчиков давления и дифференциального давления данного класса были всем известные датчики ДМ и ДМЭР, работающие и сегодня. С их достоинствами мы уже познакомились. Их недостатки проявили себя сразу — это довольно значительный дрейф нуля и меньшая точность по сравнению с прямопоказывающими приборами.